[科普中國]-鐵耗

簡介

“鐵耗”是產(chǎn)生于變壓器的鐵芯，也稱為“鐵損”，主要分為“磁滯損耗”和“渦流損耗”兩種。

磁滯損耗磁滯現(xiàn)象是指鐵磁性物理材料（例如：鐵）在磁化和去磁過程中，鐵磁質(zhì)的磁化強(qiáng)度不僅依賴于外磁場強(qiáng)度，還依賴于原先磁化強(qiáng)度的現(xiàn)象。當(dāng)外加磁場施加于鐵磁質(zhì)時(shí)，其原子的偶極子按照外加場自行排列。即使當(dāng)外加場被撤離，部分排列仍保持：此時(shí)，該材料被磁化。 一但被磁化了，其磁性會(huì)繼續(xù)保留。要消磁的話，只要施加相反方向的磁場就可以了。這亦是硬盤的記憶運(yùn)作原理。

在鐵磁質(zhì)中，磁場強(qiáng)度（H）和磁感應(yīng)強(qiáng)度（B）之間的關(guān)系是非線性的。如果在增強(qiáng)場強(qiáng)條件下，此二者關(guān)系將呈曲線上升到某點(diǎn)，到達(dá)此點(diǎn)后，即使場強(qiáng)H繼續(xù)增加，磁感應(yīng)強(qiáng)度B也不再增加。該情況被稱為磁飽和（magnetic saturation）。

此后若減小磁化場，磁化曲線從B點(diǎn)開始并不沿原來的起始磁化曲線返回，這表明磁化強(qiáng)度M的變化滯后于H的變化。當(dāng)H減小為零時(shí)，M并不為零，而等于剩余磁化強(qiáng)度Mr。要使M減到零，必須加一反向磁化場，而當(dāng)反向磁化場加強(qiáng)到-Hcm時(shí)，M才為零，Hcm稱為矯頑力。

故畫出鐵磁質(zhì)在反復(fù)磁化過程中的磁場強(qiáng)度（H）和磁感應(yīng)強(qiáng)度（B）之間的關(guān)系曲線如圖1所示，該曲線被稱為磁滯回線。

可見，磁滯損耗表現(xiàn)為磁化過程中有一部分電磁能量不可逆轉(zhuǎn)地轉(zhuǎn)換為熱能。在準(zhǔn)靜態(tài)反復(fù)磁化過程中，單位體積的鐵磁體被交變磁場磁化一周所產(chǎn)生的磁滯損耗正比于磁滯回線所包圍的面積，即∮H dB。設(shè)交變磁場的頻率為f，則單位時(shí)間、單位體積的磁滯損耗為f·∮HdB。

在電氣設(shè)備的鐵芯損耗一般就由磁滯損耗和渦流損耗組成。為了最小化磁滯損耗的影響和減小相關(guān)的能量損失，從而采用具有低矯頑力和低遲滯損失的鐵磁性物質(zhì)，例如坡莫合金（鐵鎳合金，透磁合金）。1

變壓器內(nèi)的磁通是在鐵芯上流動(dòng)的，鐵芯對(duì)磁通具有磁阻，就像導(dǎo)體對(duì)電流又電阻一樣，也會(huì)產(chǎn)生熱量，這樣的損耗我們就第二種稱之為“磁滯損耗”。

渦流損耗因?yàn)殍F心本身也是導(dǎo)體，在垂直于磁力線的平面上就會(huì)感應(yīng)電勢(shì)，這個(gè)電勢(shì)在鐵心的斷面上形成閉合回路并產(chǎn)生電流，好象一個(gè)旋渦稱為“渦流”。這個(gè)“渦流”使變壓器的損耗增加，并且使變壓器的鐵心發(fā)熱變壓器的溫升增加。由“渦流”所產(chǎn)生的損耗我們稱為“渦流損耗”。我們使用的電磁爐就是利用一定頻率的磁場在鐵(鋼)質(zhì)容器內(nèi)形成渦流而產(chǎn)生的渦流損耗發(fā)熱的。

在電磁裝置中磁場感應(yīng)渦流，在鐵心中也會(huì)感應(yīng)渦流。在變壓器和電機(jī)中，為減少鐵耗，鐵心由硅鋼片疊壓而成；而在電磁閥中，由于結(jié)構(gòu)及尺寸特點(diǎn)，一般則采用整體的磁心和磁軛，因此還存在集膚效應(yīng)問題。

由電磁軸承支承的轉(zhuǎn)子在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，除由于空氣摩擦產(chǎn)生的損耗外，轉(zhuǎn)子內(nèi)還將產(chǎn)生相當(dāng)大的鐵損耗（渦流損耗和磁滯損耗），而且一般渦流損耗要遠(yuǎn)大于磁滯損耗。通常采用疊片、燒結(jié)或纏繞結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子來減小渦流損耗。2

原理電機(jī)內(nèi)的磁通是在鐵芯上流動(dòng)的，鐵芯對(duì)磁通具有磁阻，就像導(dǎo)體對(duì)電流有電阻一樣，也會(huì)產(chǎn)生熱量，這樣的損耗叫“磁滯損耗” 。因?yàn)殍F心本身也是導(dǎo)體，在垂直于磁力線的平面上就會(huì)感應(yīng)電勢(shì)，這個(gè)電勢(shì)在鐵心的斷面上形成閉合回路并產(chǎn)生電流，好象一個(gè)旋渦稱為“渦流”。這個(gè)“渦流”使變壓器的損耗增加，并且使電機(jī)的鐵心發(fā)熱電機(jī)的溫升增加。由“渦流”所產(chǎn)生的損耗我們稱為“渦流損耗”。我們使用的電磁爐就是利用一定頻率的磁場在鐵（鋼）質(zhì)容器內(nèi)形成渦流而產(chǎn)生的渦流損耗發(fā)熱的。

磁滯損耗和渦流損耗都產(chǎn)生于電機(jī)鐵芯，故稱“鐵耗”也稱“鐵損”。

銅耗與鐵耗的區(qū)別變壓器的損耗包括兩部分：鐵損和銅損。變壓器內(nèi)的磁通是在鐵芯上流動(dòng)的，鐵芯對(duì)磁通具有磁阻，就像導(dǎo)體對(duì)電流又電阻一樣，也會(huì)產(chǎn)生熱量，這樣的損耗較“磁滯損耗”

當(dāng)變壓器的初級(jí)繞組通電后，線圈所產(chǎn)生的磁通在鐵心流動(dòng)，因?yàn)殍F心本身也是導(dǎo)體，在垂直于磁力線的平面上就會(huì)感應(yīng)電勢(shì)，這個(gè)電勢(shì)在鐵心的斷面上形成閉合回路并產(chǎn)生電流，好象一個(gè)旋渦所以稱為“渦流”。這個(gè)“渦流”使變壓器的損耗增加，并且使變壓器的鐵心發(fā)熱變壓器的溫升增加。由“渦流”所產(chǎn)生的損耗我們稱為“鐵損”。

鐵損指變壓器在額定電壓下（二次開路），在鐵芯中消耗的功率。變壓器的鐵損還包括磁滯損失，但在變壓器的測(cè)試中，只需要知道變壓器總的鐵損，而不必分別測(cè)出磁滯損失與渦流損失。變壓器在空載情況下所取得的功率都消耗于鐵損和原繞組的銅損，而原繞組的銅損由于空載時(shí)對(duì)應(yīng)的電流很小，所以與鐵損相比銅損就微不足道了，因此變壓器空載時(shí)所消耗的功率可以近似的認(rèn)為是鐵損。

另外要繞制變壓器需要用大量的銅線，這些銅導(dǎo)線存在著電阻，電流流過時(shí)這電阻會(huì)消耗一定的功率，這部分損耗往往變成熱量而消耗，我們稱這種損耗為“銅損”。

銅損（短路損耗）是指變壓器一、二次電流流過該線圈電阻所消耗的能量之和。由于線圈多用銅導(dǎo)線制成，故稱銅損。它與電流的平方成正比，銘牌上所標(biāo)的千瓦數(shù)，系指線圈在75℃時(shí)通過額定電流的銅損。

變壓器的溫升主要由鐵損和銅損產(chǎn)生的。由于變壓器存在著鐵損與銅損，所以它的輸出功率永遠(yuǎn)小于輸入功率。

變壓器的銅損分為兩部分：原繞組的銅損和副繞組的銅損。在一個(gè)給定的變壓器中，銅損僅與變壓器的負(fù)載有關(guān)，測(cè)量變壓器銅損是通過短路實(shí)驗(yàn)來測(cè)定的，在短路實(shí)驗(yàn)中，將變壓器的低壓端繞組短接，而給另一個(gè)繞組加上適當(dāng)小的電壓，使通過兩個(gè)繞組的電流都等于額定值，稱為短路電壓，因?yàn)槎搪冯妷汉艿?，此時(shí)變壓器的鐵損可以忽略不計(jì)，此時(shí)測(cè)得的功即可認(rèn)為是變壓器在額定狀態(tài)下的銅損。

由此可以知道：變壓器的鐵損與變壓器的一次電壓有關(guān)，與二次負(fù)荷無關(guān)，就是說：只要變壓器一次有電壓就一定有鐵損產(chǎn)生。電壓一定，鐵損就是一定的。 銅損則不同，它的大小主要取決負(fù)荷電流的大小。3